Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

США рыбные рынки располагаются в городах, где процветает пескетарианство (отказ от употребления мяса теплокровных животных). Здесь на каждом углу встретишь суши-рестораны, где помимо прочего изобретают новые рецепты блюд из морепродуктов, — условно назовем эти города первичной рыбуальной корой.

Давайте поразмышляем, почему их география сложилась именно в такую конфигурацию, а не какую-либо иную? А потому, что здесь протекает много рек и в них много рыбы. Представим, что это не рыба, а биты информации, которые текут по информационным каналам (их роль в данном случае играют реки) в города, где само собой формируется распределение этих данных по функциональным полям — рыбным ресторанам. Заметьте, никакой законодательный орган не предписывал рыбным рынкам стянуться именно в эту часть страны, они сами собой гроздьями наросли здесь.

Из сказанного можно вывести гипотезу, что участок мозговой ткани (допустим, в слуховой коре) не представляет собой нечто особенное. Значит ли это, что можно отсечь у эмбриона кусочек слуховой коры и пересадить его в кору зрительную, где он будет функционировать, как полагается последней? Безусловно. Именно это продемонстрировали эксперименты на животных, проводившиеся в начале 1990-х годов: в кратчайшее время после операции пересаженная ткань уже выглядела и функционировала точно так же, как остальная зрительная кора18.

Затем ученые еще на шаг продвинулись в демонстрации возможностей коры. В 2000 году исследователи из Массачусетского технологического института перенаправили восходящие нервные пути от глаз хорька в слуховую кору, в результате чего она стала получать зрительные данные. К чему это привело? Слуховая кора скорректировала свои нейронные связи так, что они стали похожи на связи, характерные для первичной зрительной коры19. Животные с такими переподключенными нейронными связями воспринимали входящие в слуховую кору сигналы как нормальное зрение. Отсюда делаем вывод: судьбу коры определяют паттерны входных сигналов. Мозг гибко монтирует свою сеть, чтобы наилучшим образом представлять (и в конечном счете использовать как руководство) любые данные, какие ему доведется получить (рис. 4.10)20.

Рис. 4.10. Зрительные нервные волокна в мозге хорька были перенаправлены в слуховую кору, после чего она начала обрабатывать зрительную информацию

Печатается с разрешения автора

Сотни исследований пересадки кортикальной ткани и переподключения входных сигналов подтверждают правоту модели, рассматривающей мозг как универсальное вычислительное устройство — машину, которая производит стандартные операции с притекающими данными, будь то вид резвящегося на лужайке кролика, звук телефонного звонка, вкус арахисового масла, запах салями или прикосновение шелка к щеке. Мозг анализирует поступившие данные и помещает в контекст «что я могу с этим сделать?». Вот почему незрячему могут быть полезны входные данные, даже когда они поступают от прикосновений к спине, от ушей или со лба.

* * *

В 1990-х годах Бах-и-Рита с коллегами задумали сконструировать устройство для незрячих габаритами поменьше, чем громоздкое стоматологическое кресло, и разработали совсем маленький прибор, который назвали BrainPort21. На лоб слепому человеку помещают видеокамеру, сигналы от которой в виде электрических импульсов передаются в помещаемую на язык плату с электродами размером чуть более 3 см2 — «наязычный дисплей» (Tongue Display Unit, TDU) (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Зрение посредством языка

Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot

Электроды создают слабые разряды тока, коррелирующие с расположением пикселей, а язык ощущает покалывания, как от взрывной карамели-шипучки Pop Rocks (другая аналогия — пузырьки шампанского). Яркие пиксели кодируются в виде сильных покалываний в соответствующих точках на языке, пиксели побледнее — как покалывания умеренной силы, а черные не производят вообще никакого воздействия. BrainPort позволяет различать визуальные объекты с оптической резкостью примерно в 20/800 остроты зрения22. Пользователи говорят, что сначала воспринимают стимуляции как хаотичное смешение неузнаваемых краев и форм, но потом начинают распознавать их, что позволяет оценить расстояние между предметами, их форму, направление движения и размер23.

Мы воспринимаем язык прежде всего как орган вкуса, но не будем забывать, что он усеян множеством тактильных рецепторов (это они позволяют вам воспринимать текстуру пищи) и потому может служить превосходным машинно-мозговым интерфейсом24. Электродная плата на языке, как и другие визуально-тактильные устройства, напоминает нам, что зрение возникает не в глазах, а в мозге. При визуализации мозга у натренированных индивидов (слепых или зрячих) изменения электротактильных разрядов на языке активируют зону мозга, которая в норме задействуется для восприятия видимого движения25.

Как и в случае с соленоидной решеткой на спине, незрячие пользователи BrainPort со временем начинают чувствовать, что визуальная картинка обладает открытостью и глубиной и что объекты располагаются снаружи. Иными словами, их ощущения выходят за рамки осмысления происходящего на поверхности языка и перерастают в непосредственный опыт восприятия. Оно не описывается в понятиях «я чувствую на языке схему электрических разрядов, в которых закодировано, что “мимо меня прошла моя жена”», а создает непосредственное впечатление, что жена проходит через гостиную. Если у вас нормальное зрение, примите к сведению, что ваши глаза работают точно так же: электрохимические сигналы на сетчатке воспринимаются вами как образ приятеля, который машет вам рукой, образ проносящейся мимо Ferrari или алого воздушного змея на фоне небесной синевы. Даже притом что все это происходит на поверхности ваших сенсорных детекторов, вы воспринимаете это как происходящее снаружи. И не имеет значения, выступают ли детектором глаза или язык. Вот как описывает опыт пользования прибором BrainPort незрячий участник испытаний Роджер Бэм:

«Первый раз я пришел сюда в прошлом году, и тогда мы проделывали разные упражнения за столом на кухне. Я немножко разнервничался, потому что на тот момент уже 33 года вообще не видел. И я смог протянуть руку точно в направлении шаров, которые лежали на столе, и видел, что они разного размера. То есть я зрительно воспринимал их. Я видел, куда протянуть руку, чтобы взять шары, — не шарить по столу или чувствовать, где они, а именно взять, и еще видел чашку: я поднял руку и опустил точно на нее»26.

Как вы уже догадываетесь, тактильную информацию можно подавать на кожу любого участка тела. Японские ученые разработали свой вариант тактильной платы — налобный, который называется Forehead Retina System (рис. 4.12). Изображение с миниатюрной видеокамеры преобразуется в электрические импульсы и передается в виде точечных раздражений тактильных рецепторов лба, рисуя на нем упрощенный контур изображения27. Почему вдруг лоб? А почему бы и нет? Поверхность лба вообще мало для чего используется, вот пусть и послужит.

Рис. 4.12. Технология Forehead Retina System

Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot

В другой версии этой технологии